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水性聚氨酯作为一种环境友好的材料,具有无毒、阻燃和无污染等特性,常作为涂料或者胶黏剂被广泛应用于家具、手机以及柔性基板等领域。阴极电泳涂装具有涂料利用率高、污染低、自动化程度高以及可加工复杂构件等优势,阳离子水性聚氨酯(CWPUs)阴极电泳涂料以其优异的性能显示出广阔的应用前景。基于目前CWPUs普遍存在的耐水性不佳、表面硬度低的显著不足,近年来对CWPUs进行疏水改性的研究非常活跃。为此,本论文从增加CWPUs的交联密度、引入低表面能组分出发,设计合成了含十八烷基疏水侧链、支化聚二甲基硅氧烷疏水侧链、疏水改性埃洛石纳米管等疏水结构的阳离子水性聚氨酯阴极电泳涂料,不仅对聚氨酯工业的发展具有重大的推动作用,而且还有重要的科学研究价值。本论文具体的研究工作如下:(1)以N-MDEA作为亲水扩链剂合成了端羟基阳离子水性聚氨酯(HCWPUs),并经FTIR证实,其最优配方体系为:N-MDEA含量7.5 wt.%、NCO/OH摩尔比0.90、中和度100%,在最优配方体系下制备的HCWPUs的乳液稳定性好,其阴极电泳涂料漆膜外观平整光滑、铅笔硬度3 H、附着力1级,具有较好的耐水性能。将HCWPUs与非离子水性封闭型聚异氰酸酯(NWBI)复配制得HCWPUs/NWBI阴极电泳涂料。NWBI对HCWPUs/NWBI阴极电泳涂料的乳液性能和漆膜外观基本没有影响,但漆膜硬度、粘附性、耐水性和耐溶剂性显著提高,当NWBI用量为7 wt.%时,漆膜硬度超过6 H,耐丙酮擦拭次数大于200次。(2)以1-十八烷酸甘油酯二醇(GMS)作为疏水改性组分,合成了一系列不同GMS含量的含十八烷基侧链阳离子水性聚氨酯(CWPUs-G)阴极电泳涂料,当GMS含量≤15 wt%时,CWPUs-G乳液稳定性优良,外观呈乳白色带蓝光;当GMS含量>15 wt%时,乳液稳定性变差,外观呈乳白色。十八烷基侧链不会影响CWPUs-G胶膜的透光率、能在胶膜的表面富集,其阴极电泳漆膜软硬段相分离程度增大、表面平整,粘附力、柔韧性以及抗冲击性能优异,疏水性提高、吸水率降低;将CWPUs-G与HCWPUs/7wt%NWBI复配制得的阴极电泳涂料性能进一步提高,其电泳漆膜硬度从HB增加到3H,而粘附力、柔韧性以及抗冲击性能不受影响。(3)以支化端甲基聚二甲基硅氧烷(BAEAPS)作为疏水改性组分,合成了一系列不同BAEAPS含量的阳离子水性聚氨酯(CWPUs-Si)阴极电泳涂料,其结构被FTIR、XPS等证实,当BAEAPS含量≤9 wt%时,CWPUs-Si阴极电泳涂料稳定性优良;BAEAPS在CWPUs-Si胶膜表面发生明显富集,随着BAEAPS含量增加,CWPUs-Si的软硬段相分离程度提高、表面形貌从微米级尺度的无规褶皱变为亚微米级或纳米级尺度的无规褶皱、表面能显著降低、水接触角显著提高、吸水率明显降低、储存模量E’增大、Tg升高;当BAEAPS含量为9 wt%时,CWPUs-Si9电泳漆膜外观平整、光滑,附着力、柔韧性和抗冲击性优异,铅笔硬度提高到HB、水接触角提高到106.4°、吸水率降至3.05%。(4)以支化端甲氧基聚二甲基硅氧烷(MEO-BAEAPS)作为疏水改性组分,合成了一系列不同MEO-BAEAPS含量的阳离子水性聚氨酯(CWPUs-MSi)阴极电泳涂料,其结构被FTIR、XPS等证实;当MEO-BAEAPS含量≤9 wt%时,CWPUs-MSi阴极电泳涂料稳定性优良;MEO-BAEAPS在CWPUs-MSi胶膜表面发生明显的富集,随着MEOBAEAPS含量的增加,CWPUs-MSi胶膜的软硬段相分离程度提高、表面形貌从微米级尺度的无规褶皱变为亚微米级或纳米级尺度的无规褶皱、表面能显著降低、水接触角显著提高、吸水率明显降低、储存模量E’增大、Tg升高;当MEO-BAEAPS含量为9 wt%时,CWPUs-MSi9的电泳漆膜外观平整、光滑,附着力、柔韧性和抗冲击性优异,铅笔硬度1 H、水接触角达110.2°、吸水率为3.3%;(5)以不同含量单硬脂酸甘油酯(GMS)和5 wt%的支化氨乙基氨丙基端甲氧基聚二甲基硅氧烷(MEO-BAEAPS)作为疏水改性组分,合成了一系列双疏水侧链阳离子水性聚氨酯(CWPUs-MSi G)阴极电泳涂料,其结构被FTIR、XPS等证实;当GMS含量≤11 wt%时,CWPUs-MSi G阴极电泳涂料稳定性优良;MEO-BAEAPS和GMS都在CWPUs-MSi G胶膜表面发生明显富集,随着GMS含量增加,CWPUs-MSi G胶膜的软硬段相分离程度提高、表面形貌呈现亚微米级或纳米级尺度的无规褶皱、水接触角稍有降低,但GMS的含量对水接触角没有影响,吸水率也有所降低。利用双疏水改性POS@HNTs与CWPUs-MSi G5复配制备了CWPUs-MSi G5/POS@HNTs阴极电泳涂料,POS@HNTs的加入进一步提高了CWPUs-MSi G5的性能,其胶膜的水接触角提高、吸水率降低、铅笔硬度显著增加,而且所有阴极电泳涂料的电泳漆膜外观均呈光滑、平整且透明,具有优异的附着力、柔韧性和抗冲击性。